- •Определение модуля упругости кости по изгибу
- •1. Определение зависимости стрелы прогиба от нагрузки.
- •2. Определение модуля упругости кости.
- •Лабораторная работа № 10. Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом Ребиндера.
- •Явление смачивания.
- •Поверхности, смачиваемые водой, называют гидрофильными, а не смачиваемые ею – гидрофобными.
- •Порядок выполнения работы:
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа № 12. Определение вязкости жидкости вискозиметром Оствальда.
- •Течение вязкой жидкости. Формула Пуазейля.
- •Лабораторная работа № 7. Снятие спектральной характеристики уха на пороге слышимости
- •Частота, кГц
- •Литература:
Течение вязкой жидкости. Формула Пуазейля.
Французский врач и физик Жан Луи Пуазейль (1799-1869) экспериментально установил зависимость объема V вязкой жидкости, протекающей за время t по участку гладкой трубы длиной L и радиусом r (рис. 2) от вязкости и разности давлений ΔР = Р1-Р2 на ее концах, известную сейчас как формула Пуазейля:
V = t . (3)
Эта формула справедлива только для ламинарного течения и лежит в основе капиллярных методов измерения вязкости жидкостей. Разделив обе части этого выражения на время истечения t, слева получим объемную скорость течения жидкости Q. Теперь формулу (3) можно представить в виде, известном как уравнение Гагена-Пуазейля:
Q = . (4)
Величина X = 8L/ r4 представляет собой гидравлическое сопротивление, а уравнение (5) равносильно закону Ома для электрического тока.
Определения вязкости жидкости вискозиметром Оствальда.
В данной работе вязкость жидкостей определяется капиллярным методом с помощью вискозиметра Оствальда, схематично представленного на рис. 3. В одном из колен этого вискозиметра имеется небольшая полая сфера, объемом V , которая капилляром соединяется с резервуаром, расположенным в другом плече. Эта система заполняется жидкостью так, чтобы нижний резервуар был заполнен полностью и превышение уровня жидкости над его верхней границей составляло 1-2 мм. Вначале вискозиметр заполняют дистиллированной водой, которая в данной работе является эталонной жидкостью, вязкость которой точно известна.
Затем медленно закачивают воду с помощью груши (или шприца) в левое плечо вискозиметра, заполняя полую сферу объемом V. Поскольку при этом уровень воды в левом плече вискозиметра выше, чем в правом, то после освобождения груши жидкость под действие собственного весового давления ΔР=0gh начнет перетекать через капилляр из левого плеча вискозиметра в правое до выравнивания уровней. С помощью секундомера определяют время tо, за которое вода вытекает из верхней полости объемом V . Согласно формуле Пуазейля (4) этот объем равен:
V = t0 . (5)
Здесь ρ0 - плотность воды, а 0 - вязкость воды при данной температуре. Определив несколько раз время истечения воды t0, вискозиметр заполняют раствором, вязкость которого необходимо определить. При этом необходимо залить такое же количество жидкости в вискозиметр, как и при его заполнении водой. Затем несколько раз измеряют время t истечения объема V исследуемой жидкости , который определяется формулой:
V = , (6)
где - вязкость раствора, а - его плотность.
Разделив выражение (5) на (6) получим после преобразования формулу для определения вязкости исследуемого раствора:
. (8)
Определив средние значения времени истечения t раствора и t0 воды и зная вязкость 0 воды, плотности ρ раствора и ρ0 воды, находят вязкость раствора.
Порядок выполнения работы
Схема установки для определения вязкости исследуемого раствора представлена на рис.4. Практическая часть работы выполняется в следующей последовательности:
1.Залейте дистиллированную воду из пробирки в вискозиметр Оствальда до верхней границы нижнего полого резервуара, расположенного в широком колене вискозиметра.
2. С помощью шприца медленно перекачайте воду в полую верхнюю сферу в узкой части вискозиметра на 7-10 мм выше ее верхней границы. Зажмите пальцами патрубок, соединяющий вискозиметр с канюлей шприца.
3.Сняв шприц, отпустите патрубок, теперь вода начнет перетекать в широкое колено вискозиметра под собственным весом.
4.Включите секундомер в тот момент, когда уровень опускающийся жидкости окажется на верхней границе сферы V.
5. Остановите секундомер в тот момент, когда уровень опускающийся жидкости окажется на нижней границе этой сферы, экспериментально определяя таким образом время t0 истечения воды.
6.Опыт повторите 5 раз и для расчета возьмите среднее время истечения воды t0.
7. Вылейте воду из вискозиметра в пробирку для дистиллированной воды и заполните его исследуемой жидкостью.
8.Повторите пункты 2 – 5 и аналогичным образом определите время истечения раствора глицерина t из верхней сферы объемом V (Рис.5), повторив опыт 5 раз.
9. Результаты эксперимента, табличные и расчетные величины занесите в табл. 1. результатов измерений.
Таблица 1.
Жидкость |
Время истечения t, сек |
Плотность кг/м3 |
Вязкость мПа·с |
|||||
№ опыта |
tср, с |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
||||
Вода |
|
|
|
|
|
|
1000 |
1,0 |
Раствор |
|
|
|
|
|
|
|
|
На основании полученных экспериментальных и расчетных данных рассчитайте значение вязкости раствора и величину случайной ошибки косвенного измерения вязкости раствора глицерина, при доверительной вероятности γ = 0,95 и количестве измерений n = 5.
Контрольные вопросы:
-
Что определяет коэффициент вязкости жидкости? В каких единицах он измеряется? Укажите связь между системными и несистемными единицами измерения вязкости.
-
Напишите формулу для вычисления силы трения в текущей жидкости. В чем отличие ньютоновских и неньютоновских жидкостей?
-
Каковы значения вязкости воды и вязкость крови? Укажите значение вязкости крови в норме и пределы изменения этого показателя при патологических процессах. Какие факторы влияют на вязкость движущейся крови в организме?
-
Сформулируйте основной закон течения вязкой жидкости. Проведите аналогию между законами гидродинамики и цепи электрического тока.
-
Что такое гидравлическое сопротивление сосуда (трубы), как оно определяется?
-
В чем отличие ламинарного и турбулентного течения жидкости? Что показывает число Рейнольдса?
-
В каких участках сосудистой системы течение крови может иметь турбулентный характер? Как обнаруживается турбулентное течение крови? Каковы физиологические последствия турбулентного течения крови?
-
Опишите суть основных методов определения вязкости жидкости (метод Стокса, капиллярные методы, ротационные методы).
-
Каков порядок действий при определении вязкости жидкости с использованием вискозиметра Оствальда? Выведите необходимую расчетную формулу.
Решить задачи:
-
Какой характер имеет течение жидкости в гладкой трубе при числе Рейнольдса = 2700?
-
Оцените гидравлическое сопротивление сосуда, если при расходе крови в 0,2 л/мин разность давлений на его концах составляет 3 мм.рт.ст.
-
Определите линейную скорость крови в аорте радиусом 1,5 см, если длительность систолы 0,25с, ударный объем крови 60 мл. Каков характер этого кровотока, если критическое число Рейнольдса равно 1160, а плотность крови 1050 кг/м3 ?
Литература:
-
Лещенко В.Г., Ильич Г.К. Медицинская и биологическая физика., Мн, Новое знание, 2011г.
-
Г.К.Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика. Пособие. – Мн.: БГМУ, 2000.
-
А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.- М.: Высшая школа, 1987.
-
Горский Ф.К., Сакевич Н.М. Физический практикум с элементами электроники.Мн.: Выш.шк.1978г.